【传感器入门】你想不到的柔性传感器应用!

柔性传感器在弯曲和变形后,准确性依然较高,给智能设备的设计思路带来极大的冲击。

  传感器是现代智能生活的基础,手机、可穿戴装备、电动车智能家居……几乎一切智能设备都离不开传感器。其中,一切和接触、力度相关的场合,都需要用到压力传感器,比如智能手机的压力屏,内部就遍布压力传感器。

  压力传感在智能领域发挥着极大的作用,但问题在于,物体在受压,弯曲或者变形后,其内置的压力传感器准确率会急剧下降,这也就让压力传感器的使用范围大幅降低。比如说,为什么一直没有可以称体重的智能鞋子?为什么汽车的桌椅不能自动贴合人的身体?

  原因都在于压力传感器无法在这类容易弯曲形变的场合工作。这个问题已经困惑了科学家和产品设计师多年,直到最近,情况才发生改变——用纳米纤维编织,再通过喷涂有机硅材料,就可以生产出柔性压力传感器。柔性传感器在弯曲和变形后,准确性依然较高,给智能设备的设计思路带来极大的冲击。


  柔性压力传感器是一种用于感知物体表面作用力大小的柔性电子器件,能贴附于各种不规则物体表面,在医疗健康、机器人、生物力学等领域有着广泛的应用前景。随着科学技术的发展,柔性压力传感器能否兼具柔韧性和准确测量压力分布信息等功能成为人们关注的焦点。由于微结构不仅能够提高传感器的灵敏度,还能更快地恢复传感器的弹性形变,具备快速响应能力。

  因此,构建微结构是提高柔性压力传感器综合性能的有效途径,成为学术界和工业界的关注重点。科研团队巧妙利用聚合物胶体微球自组装阵列作为模板,通过两步复制制备了具有微凸点阵列的柔性基底。相对于传统光刻技术制备微结构硅模板的方法,该研究采用的全化学法无需依赖昂贵的光刻设备及复杂的光刻工艺,具有制备工艺简单、成本低,可通过胶体微球粒径的选择来调控柔性基底微凸点的尺寸等优势。所制柔性压力传感器具有高灵敏度、快速的响应时间和良好的稳定性,对低压段压力具有较强灵敏性等特点。

  柔性压力传感器的神奇在于,当一个软物体压在另一个软物体上时,还能准确反应出压力。可以说,目前的压力传感器都是僵硬、固化的,而柔性压力传感器则具有弹性、柔软灵活的特点,拥有更广泛的应用场景。比如说,这种传感器可以集成到汽车的座椅上,只要司机上车,系统就能感知到司机的身高、体重、并计算出司机的视野范围,然后自动调整后视镜和座椅的角度、高度,以达到最佳的驾驶位置以及较好的舒适度。

  同时,汽车内的安全气囊也会自动调整角度,在突发情况时能更好地保护司机。再比如说,把柔性传感器集成在鞋子里,不只可以检测体重,还能感知你跑步时发力的姿势是否正确、攀岩时是否很好地掌握了身体的平衡。此外,它还能被集成在高尔夫球杆上,这样,你抓球杆的方法是否对,挥杆的动作是否存在变形,尽在系统掌握中。或许,以后的高尔夫球教练可以藏在你的手机里实时指挥你打球。

  不仅是在智能设备上可以大放异彩,在健康检测方面,柔性传感器也有用武之地。比如说,目前的智能手表要检测人的心跳,只能通过光学穿透皮肤来检测。而使用柔性传感器制作的血流探测仪,可以紧贴皮肤工作,实时探测皮肤表层的血液流动,即使是人在剧烈运动中也可以准确探测。

  在医疗上,乳腺癌欠缺简单快速的检查方法,而使用了压力传感器制作的手套,医生就可以通过它发现乳腺中细微的压力变化,从而能更快地判断人的健康情况。同时,设计师也可以把这种传感器集成在人的皮带上,当用户越吃越多时,皮带就会感知,并实时提示,这种皮带也可以作为健身效果的检测器,持续对用户的体形进行监测,再结合智能程序,作出“量身定制”的健身建议。


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